Reduzierte und volle System-Bad-Quantendynamik IR-getriebener Adsorbatschwingungen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Saalfrank
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230315027

Mit Infrarotlicht (IR) angeregte Schwingungen von Adsorbaten auf Oberflächen spielen in vielen Gebieten der Chemie und Physik eine Rolle, etwa in der Spektroskopie, der modenselektiven Chemie, der Informationstechnologie, oder im Zusammenhang mit Energietransfer und -speicherung an Grenzflächen. Als "offene Quantensysteme" sind schwingende Adsorbate zudem von beträchtlichem fundamentalen Interesse, etwa im Zusammenhang mit so genanntem nicht-Markovschen Verhalten und dem Auftreten langlebiger Kohärenzen in molekularen Ensembles. Im vorliegenden Projekt werden dynamische Elementarprozesse bei der Anregung und der anschließenden Relaxation der Schwingungen von adsorbierten Atomen oder Molekülen auf Halbleiter- und Isolatoroberflächen mit Hilfe von quantendynamischen Methoden theoretisch untersucht.Aufbauend aus den Arbeiten der ersten Förderperiode werden hierzu folgende Ziele verfolgt: Am Beispiel von Wasserstoff und Deuterium auf einer rekonstruierten Siliiziumoberfläche soll (1) ein systematischer Test der "reduzierten" Dichtematrixtheorie offener Quantensysteme im Vergleich zu einer "exakten" System-Bad-Dynamik basierend auf einer zeitabhängigen Schrödingergleichung erfolgen; (2) es sollen die bisher verwendeten System-Bad-Hamiltonians erweitert und effiziente numerische Lösungsverfahren zur Behandlung der IR-Anregung und der Relaxationsdynamik durch Vibration-Phonon-Kopplung im Wellenfunktionsbild implementiert werden; (3) es soll das Wechselspiel zwischen IR-Anregung und Relaxation studiert werden -- hier interessiert insbesondere die modenselektive Kontrollierbarkeit in einer disspativen Umgebung. (4) Für ein zweites Modellsystem, Kohlenmonoxid auf einer NaCl(100)- Oberfläche, sollen "coarse grained" Dichtematrixmodelle entworfen werden, um die IR-Anregung und den anschließenden Vibrationsenergietransfer in Ensembles von Adsorbatmolekülen zu studieren. Dabei wird besonderes Augenmerk auf das Phänomen des "energy pooling" gelegt, für welches aktuelle Experimente die Bildung vibratorisch extrem hoch angeregter CO-Moleküle nahelegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen